Angebotene studentische Abschlussarbeiten

Abschlussarbeiten | Prof. Dr. Meinhard Schilling

Der im Institut erstellte Universalzähler mit sehr großem Dynamikumfang soll im Dual-Slope-Verfahren für die Strommessung eingesetzt werden. Dabei soll der Gesamtstrom in viele Strom-pfade aufgeteilt werden und diese einzeln im Dual-Slope-Verfahren gemessen werden. Dabei sollen Ströme von Milliampere bis hinunter zu Picoampere gemessen werden. Besonders interessant ist hier die Messunsicherheit, die auf diese Weise für den Gesamtstrom erreicht werden kann. Um die Zeitmessung für die Stromintegration zu verbessern kann eine lokale Atomuhr eingesetzt werden.

Vorkenntnisse: DMM-Vorlesung
Stichworte: Elektronik, Frequenzmessung

Wir wollen untersuchen, wie man in der Messtechnik elektrische Spannungen mit sehr großer Dynamik messen kann. Wie man also sehr kleine Spannung von gleichzeitig gemessenen sehr großen Spannungen trennen kann, z.B. 10V Amplitude eines Sinussignals von 1 nV Amplitude eines Sinussignals anderer Frequenz. Dafür wollen wir einen Universalzähler mit sehr großem Dynamikumfang im Dual-Slope-Verfahren einsetzen und Signalverarbeitung mit 64-Bit Zahlen testen.

Vorkenntnisse: DMM-Vorlesung
Stichworte: Elektronik, Frequenzmessung

Prof. Dr. Meinhard Schilling

Prof. Dr. Oleksandr Dobrovolskiy

Bolometer detektieren elektromagnetische Strahlung, indem sie den Temperaturanstieg messen, wenn Photonen vom Sensor absorbiert werden. Das Ziel dieses Projekts ist es, einen Mikrowellen-Bolometer auf einer supraleitenden 3D-Nanohelix zu entwerfen, die aufgrund eines abrupten supraleitenden Übergangs eine gigantische thermische Spannungsantwort aufweist.

Vorkenntnisse: Hardware-Bastler*in, Programmierkenntnisse Python oder C-Familie
Stichworte: Mikrowellensensoren, 3D-Nanoarchitekturen, Kryoelektronik, Supraleiter

Das supraleitende magnetische Flussquantum Ф0 = h/(2e) ist eine Kombination aus fundamentalen Konstanten: dem Planckschen Wirkungsquantum h und der Elektronenladung e. In zweibändigen Materialien kann jedoch ein Vortex mit Ф0 in fraktionale Komponenten zerfallen, sodass Ф1 + Ф2 = Ф0 gilt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen supraleitenden Resonator basierend auf dieser Vortexzerlegung im GHz-Frequenzbereich zu entwickeln.

Vorkenntnisse: Hardware-Bastler*in, Programmierkenntnisse
Stichworte: Mikrowellenbauelemente, COMSOL Multiphysics, Supraleitung

Festkörperbasierte quantenelektronische Bauteile funktionieren bei kryogenen Temperaturen, in externen Magnetfeldern und in einem breiten Frequenzbereich von Gleichstrom (DC) bis typischerweise 70 GHz. Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und Erprobung von Messplätzen und gedruckten Leiterplatten (PCBs) für Messungen bei Raumtemperatur und unter kryogenen Bedingungen.

Vorkenntnisse: Hardware-Bastler*in, Programmierkenntnisse
Stichworte: COMSOL Multiphysics, Elektrotechnik, Kryotechnik

Spinwellen und ihre Quanten – Magnonen – sind sich ausbreitende kollektive Spinpräzessionen in einem magnetisch geordneten Medium. Ihre Kopplung mit konventioneller Elektronik erfordert den Einsatz von Mikrowellenantennen. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung, Überprüfung und Optimierung von planaren Antennen zur Erzeugung und Detektion von Spinwellen.

Vorkenntnisse: Elektronik, Programmieren
Stichworte: Mikrowellenbauelemente, COMSOL Multiphysics, Magnetismus, Magnonik, Spintronik

Additive Nanotechnologie (z.B. Nanodruck) ermöglicht komplex geformte magnetische 3D-Architekturen mit vielfältigen magnetischen Texturen. Ziel dieses Projekts ist es, die magnetischen Konfigurationen von 3D-Nanoarchitekturen zu modellieren und ihren Zustand mittels Magnetwiederstandmessungen zu untersuchen.

Vorkenntnisse: Elektronik, Programmieren
Stichworte: 3D-Nanoarchitekturen, MuMax3, Magnetismus, Magnetwiederstand

Ein Finite-Elemente-Solver wie COMSOL ermöglicht Modellierungsaufgaben für supraleitende Elektronik. Ziel dieser Arbeit ist es, etablierte theoretische Modelle anzuwenden, um die elektromagnetischen Eigenschaften von Supraleitern zu modellieren und kryogene elektronische Bauelemente zu entwerfen.

Vorkenntnisse: Programmieren, Elektrische Messtechnik
Stichworte: COMSOL Multiphysics, Supraleitung, Elektronische Bauelemente

Prof. Dr. Oleksandr Dobrovolskiy

Abschlussarbeiten | Dr. Thilo Viereck

Magnetic Particle Imaging (MPI) ist ein neuartiges bildgebendes Verfahren, das magnetische Nanopartikel zur schnellen tomographischen Bildgebung nutzt. In einer vorherigen Masterarbeit wurde ein Hybridsystem entwickelt, das MPI mit magnetischer Hyperthermie (MHT) kombiniert. MHT ermöglicht die gezielte Erwärmung magnetischer Nanopartikel und eröffnet damit Anwendungen beispielsweise in der Krebstherapie oder zur kontrollierten Freisetzung von Wirkstoffen. Im Rahmen der Arbeit soll das bestehende Hybridsystem weiter untersucht, charakterisiert und optimiert werden. Dabei steht insbesondere das Zusammenspiel von Bildgebung und gezielter Erwärmung im Fokus.

Vorkenntnisse: Keine

Stichworte: Bildgebung, Magnetische Nanopartikel, Hyperthermie

Magnetische Pinzetten ermöglichen die kontaktlose Manipulation magnetischer Partikel mithilfe gezielt erzeugter Magnetfelder. Ein erster experimenteller Prototyp des Magnetfeldsystems wurde bereits aufgebaut.

In dieser Arbeit soll das System weiterentwickelt werden, sodass magnetische Partikel unter dem Mikroskop automatisiert entlang definierter Trajektorien bewegt werden können – zum Beispiel wie PacMan durch ein Labyrinth. Dazu werden der bestehende Aufbau optimiert und eine geeignete Software zur Ansteuerung und Bahnplanung entwickelt.

Vorkenntnisse: keine

Stichworte: Magnetische Pinzette, Mikroskopie, Programmieren

Für erste Tierexperimente an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) mit einem bei uns entwickelten Magnetic Particle Imaging (MPI)-System soll ein bereits vorhandener Prototyp einer 3D-gedruckten Tierhalterung weiterentwickelt werden.

Ziel ist eine zuverlässige und reproduzierbare Positionierung narkotisierter Mäuse im MPI-System. Zusätzlich soll nach Möglichkeit mindestens ein Vitalparameter, z.B. Atmung, Temperatur oder EKG, erfasst werden.

Die Arbeit verbindet Konstruktion, 3D-Druck, Sensorik und medizinische Bildgebung. Umfang und Schwerpunkt können flexibel an eine Bachelor- oder Masterarbeit angepasst werden.

Vorkenntnisse: CAD, 3D-Druck, Elektronik

Stichworte: Elektronik, CAD / 3D-Druck, Kleintier-Bildgebung

Wie verändert eine gewebeähnliche Umgebung das Verhalten magnetischer Nanopartikel? Magnetische Nanopartikel (MNP) sind für zahlreiche biomedizinische Anwendungen von Interesse. In dieser Arbeit soll untersucht werden, wie viskoelastische Medien, wie sie beispielsweise in Zellumgebungen oder Gewebe vorkommen, die Partikeldynamik beeinflussen. Dazu werden die MNP mittels Magnetic Particle Spectroscopy (MPS) charakterisiert und die Messungen mit Fokker-Planck-Simulationen verglichen. Perspektivisch soll der Einfluss dieser Umgebung auf die MPI-Bildgebung untersucht werden.

Vorkenntnisse: Keine

Stichworte: Magnetische Nanopartikel, MPS, visko-elastische Medien, Fokker-Planck-Simulation

Wir suchen 1–2 engagierte Studierende, die im Rahmen einer Hiwi-Tätigkeit (ideal semesterübergreifend) ein MRI-Tischgerät (OpenHardware-Projekt, siehe tabletop.martinos.org) aufbauen und in Betrieb nehmen. Ziel ist es, das Gerät für die Lehre in der Vorlesung Biomedizinische Technik nutzbar zu machen und Studierenden praktische Einblicke in die MR-Bildgebung zu ermöglichen.

Die Tätigkeit umfasst den Aufbau und Test der Hardware, die Inbetriebnahme und ggf. Anpassung von Software sowie die Online-Dokumentation. Wir suchen Studierende mit Interesse an medizinischer Bildgebung.

Eine Weiterführung als Bachelor- oder Masterarbeit ist möglich.

Vorkenntnisse: keine

Stichworte: Elektronik / Hardware, Programmieren, Biomedizinische Technik

siehe auch HiWi-Jobs

Dr.-Ing. Thilo Viereck

Abschlussarbeiten | Dr. Zahra Makhdoumi Kakhaki

Die supraleitende Spintronik verbindet den widerstandsfreien Zustand mit spinbasierter Informationsübertragung. Die Integration dieser beiden Eigenschaften stellt jedoch eine Herausforderung dar. In diesem Projekt werden verschiedene Materialkombinationen getestet, um jene zu identifizieren, bei denen die Unterdrückung der Supraleitung durch Spinpolarisation minimiert wird.

Vorkenntnisse: Elektrische Messungen, Festkörperphysik von Vorteil
Stichworte: Elektrischer Transport, Supraleitung

Wir entwickeln und testen verschiedene supraleitende Nanobauelemente, deren Leitfähigkeit von der Dimension des Leiters abhängt. In diesem Projekt werden supraleitende Dünnfilme abgeschieden und mithilfe moderner Nanofabrikationstechniken ultradünne Drähte zu realisieren.

Vorkenntnisse: Elektrische Messungen, PCB-Design von Vorteil
Stichworte: Nanoelektronik, Nanofabrikation

Die Bewegung von Vortizes liegt den Spannungs-„Klicks“ in mikrodrahtbasierten supraleitenden Einzelphotonendetektoren zugrunde und ermöglicht so die Zählung einzelner Photonen. In diesem Projekt werden die maximalen Wirbelgeschwindigkeiten untersucht, bei denen die Supraleitung zusammenbricht, und neue Wege zu deren Erhöhung erforscht.

Vorkenntnisse: Elektrische Messungen, Programmierkenntnisse von Vorteil
Stichworte: Elektrischer Transport, Supraleitung

Dr. Zahra Makhdoumi Kakhaki

Abschlussarbeiten | Mona Khazaeizadeh, M. Sc.

Diese Abschlussarbeit trägt zu unserem neuen Messgerät bei, das in der Lage ist von sehr niedrigen Strömen im Picoamperebereich bis zu 1 Ampere zu messen. Abgeleitet von der Neudefinition des Ampere, die auf dem Zählen der genauen Anzahl von Elementarladungen basiert, entwickeln wir ein neues Messgerät für quantengenaue Strommessung.

Dabei verwenden wir stromkompensierte und temperaturunabhängige Strom-zu-Frequenz-Wandler. Die Aufgabe besteht darin, parallel arbeitende, symmetrische lineare I/F-Wandler zu realisieren, die eine Dynamik der Strommessung von bis zu 10¹⁵ verarbeiten, um eine homogen Umgebung zu schaffen, die weniger anfällig für Stromlecks und Kompensation ist.

Voraussetzung: Elektronikdesign, Analoge Elektronik

Mona Khazaeizadeh

Abschlussarbeiten | Julius Mumme, M.Sc.

Mit einem Vektor-Netzwerkanalysator (VNA) können lineare hochfrequente Baugruppen wie Filter oder Resonatoren vermessen werden. Ein VNA muss vor jeder Verwendung jedoch zwingend kalibriert werden, wozu üblicherweise verschiedene Kalibrierstandards ans Kabelende gesteckt und vermessen werden. Bei einem kryogenen Experiment auf 4 K ist kein manuelles Umstecken möglich.

Seit einigen Jahren sind hochfrequenztaugliche micro-electromechanical-systems (MEMS) Schalter als Chips verfügbar, die das Umschalten zwischen Kalibrierstandard und Device under Test (DUT) übernehmen können. In dieser Abschlussarbeit soll ein Umschalter mit einem MEMS-Schalter vom Typ Menlo MM5230 inkl. Gatetreiber in Platinentechnologie gebaut und erprobt werden.

Stichworte: Hochfrequenz, kryogen, Messtechnik, Platinendesign, VNA ECal

Julius Mumme, M. Sc.

Abschlussarbeiten | Marius Neumann, M. Sc.

Im Rahmen des ATIQ Projektes für die Entwicklung eines Ionenfallen-Quantencomputers werden am emg unterschiedliche Halbleiterbauteile bei kryogenen Temperaturen vermessen. Eines dieser Bauteile ist ein integrierter shuttling controller, welcher die Ionenposition im Quantencomputer steuert. In dieser Arbeit soll eine Platine entwickelt werden, welche die erforderlichen Steuersignale für diesen Chip bereit stellt.

Vorkenntnisse: Platinendesign
Stichworte: Quantencomputer, Halbleiterbauteile, Platinendesign, kryogene Anwendungen

Im Rahmen des ATIQ Projektes für die Entwicklung eines Ionenfallen-Quantencomputers werden am emg unterschiedliche Halbleiterbauteile bei kryogenen Temperaturen vermessen. Eines dieser Bauteile ist ein integrierter shuttling controller, welcher die Ionenposition im Quantencomputer steuert. In dieser Arbeit soll eine Software entwickelt werden, mit welcher dieser Chip effizient getestet werden kann.

Vorkenntnisse: Python
Stichworte: Quantencomputer, Halbleiterbauteile, Software, kryogene Anwendungen

Im Rahmen des ATIQ Projektes für die Entwicklung eines Ionenfallen-Quantencomputers werden am emg unterschiedliche Halbleiterbauteile bei kryogenen Temperaturen vermessen. In dieser Arbeit soll eine Verstärkerschaltung entworfen werden, welche zwischen Bauteil und Messgerät platziert werden kann, um das Ausgangssignal der Halbleiterbauelemente zu verstärken.

Vorkenntnisse: Platinendesign
Stichworte: Quantencomputer, Halbleiterbauteile, Platinendesign, kryogene Anwendungen

Marius Neumann

Abschlussarbeiten | Marc-André Tucholke, M. Sc.

Optisches Mikroskop im Messaufbau — Erstellung eines Oberflächenprofils mit einem optischen Mikroskop

Am EMG wird ein verfahrbares optisches Mikroskop für Messungen verwendet. Die Bilder des Mikroskops werden als Livestream angezeigt. Das Mikroskop hat nur einen begrenzten Abstand in dem Objekte scharf dargestellt werden können. Die abzubildenden Objekte haben teilweise unterschiedliche Höhen. Im Rahmen dieser Abschlussarbeit soll die Kamera in der Höhe verfahren und dabei eine Bildreihe aufgenommen werden. Aus den einzelnen Bildern sollen dann die scharf abgebildeten Bereiche ausgewählt und in einer Gesamtkomposition dargestellt werden.
Zusätzlich soll die Höhe, aus dem die Bereiche ausgewählt wurden, gespeichert werden, um ein Oberflächenprofil zu erstellen.

Vorkenntnisse: Grundlegende Kenntnisse in Python
Stichworte: Digitale Bildverarbeitung, Bildkomposition, Programmierung

Am EMG wird ein verfahrbares optisches Mikroskop verwendet um Messungen an elektronischen Geräten steuern. Die Bilder des Mikroskops werden als Livestream angezeigt. Das Mikroskop kann nur einen Teil des Testobjekts abbilden. Um die Position des Mikroskops auf dem Messobjekt zu ermitteln, soll im Rahmen dieser Abschlussarbeit der Einsatz von ArUco-Codes zur Orientierung getestet werden. Die Codes funktionieren ähnlich wie beispielsweise QR-Codes und werden auf den Testobjekten aufgebracht. Die so erhaltenen Informationen sollen im Nachhinein auch verwendet werden, um Messspitzen zu positionieren.

Vorkenntnisse: Grundlegende Kenntnisse in Python
Stichworte: Digitale Bildverarbeitung, Programmierung

Marc-André Tucholke

Abschlussarbeiten | Yihao Wang

Magnetische Bioassays mit ultra-empfindlichen magnetischen Nanopartikeln

In unserer interdisziplinärer Gruppe steht die Detektion interessanter Targets mithilfe funktionalisierbarer magnetischer Nanopartikeln auf dem Forschungsfokus, wie z.B. Nukleinsäuren, Protein. Dafür haben wir vielfältige Messmethoden benutzt, wobei die Magnetpartikelspektroskopie (MPS) mit schneller Signallieferung und einfacher Handhabung als am häufigsten verwendete Methode auftaucht. Im Rahmen dieser Abschlussarbeit sollen einerseits unterschiedliche Einflüsse auf die Signaländerung der MPS besser zu verstehen und möglichst zu unterscheiden sein, z.B. zwischen Molekülmasse und hydrodynamischer Größe, andererseits die absolute Änderung der Partikelgröße der Signaländerung von MPS zugeordnet werden.

Stichworte: Magnetische Nanopartikel, DNA-Nanotechnologie, Magnetische Messmethoden

Yihao Wang

Angebotene studentische Abschlussarbeiten

Abschlussarbeiten | Prof. Dr. Meinhard Schilling

Prof. Dr. Oleksandr Dobrovolskiy

Abschlussarbeiten | Dr. Thilo Viereck

Abschlussarbeiten | Dr. Zahra Makhdoumi Kakhaki

Abschlussarbeiten | Mona Khazaeizadeh, M. Sc.

Abschlussarbeiten | Julius Mumme, M.Sc.

Abschlussarbeiten | Marius Neumann, M. Sc.

Abschlussarbeiten | Marc-André Tucholke, M. Sc.

Abschlussarbeiten | Yihao Wang

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